一种变工况下无轨胶轮车制动力动态分配方法及系统

本发明涉及车辆制动，具体涉及一种变工况下无轨胶轮车制动力动态分配方法及系统。

背景技术：

1、无轨胶轮车是一种专门为矿山井下设计制造的辅助运输装备，主要用于人员、物料及设备的运输。它以胶轮为行走部件，采用柴油机或蓄电池等作为动力源，在无轨巷道中行驶，具有机动灵活、适应性强等特点。制动系统是保障车辆安全运行的核心部件。其性能的稳定性与响应速度直接关系到矿井的作业安全与组织效率。

2、无轨胶轮车的质心位置会随着载重的变化以及分布情况发生显著偏移，且井下运输环境具有巷道狭窄、坡度变化大、弯道半径小等典型特征。在这种变载荷多重复合工况下，若不能对各车轴乃至各车轮的制动力进行精准、动态的分配，极易导致制动距离延长、车轮抱死、车辆侧滑甚至甩尾失控等严重后果。

3、目前，传统制动系统的制动力分配方法往往无法适应载荷转移及车辆动态特性等复杂工况。此类方法的局限性在于无法适应载荷的大幅变化，在空载时可能导致后轴过早抱死，而在重载低速时又无法充分利用前轴的地面附着力，且现有技术往往忽略了车辆在不同工况制动时，因垂向振动载荷转移而引起的轴荷动态剧烈波动，使得实际制动效果与理论设计偏差较大。因此，如何合理、最优地分配各车轮的制动力，同时兼顾转向稳定性是制动力分配的关键所在。

技术实现思路

1、为解决车辆在行驶过程中可以合理、最优地分配各车轮的制动力的问题，本发明提出一种变工况下无轨胶轮车制动力动态分配方法，包括以下步骤：

2、s1、通过车载传感器实时采集车辆行驶状态参数，所述行驶状态参数包括车辆速度、车辆制动减速度、方向盘转角以及方向盘转角速度；

3、s2、基于所述车辆速度和所述车辆制动减速度，结合整车质量、质心位置参数及重力加速度，计算制动时前后轴垂向载荷，并以前后轴制动力之比等于前后轴垂向载荷之比为理想分配目标确定前后轴制动力分配比例，得到前轴制动力与后轴制动力的基础分配方案；

4、s3、基于所述方向盘转角识别当前弯道形态，将弯道形态按预设的两级转角阈值划分为近似直线行驶、大曲率半径平缓转弯、中等曲率弯道、急转弯和极限转向多种形态。在s2制动力分配比例的的基础上，对近似直线行驶、大曲率半径平缓转弯这两种弯道形态，车辆的前后轴左右轮制动力分配比例为固定分配比例；针对中等曲率弯道、急转弯和极限转向这几种弯道形态，在固定比例的基础上，通过转角因子以线性规律调整前后轴左右轮制动力分配比例；在急转弯和极限转向状态下允许将后轴内侧轮制动力分配比例减小至零，从而对所述基础分配方案进行左右轮差异化分配，得到各车轮的初步制动力分配方案；

5、s4、基于所述方向盘转角速度识别瞬态工况及驾驶员转向意图，将瞬态工况按预设的两级转角速度阈值并结合同向转向或回正的方向判定划分为稳态弯道、转向加剧、转向回正和紧急避障多种状态，并在s3分配的左右轮制动力分配比例的基础上，针对稳态弯道，依据步骤s3所得的各车轮初步制动力分配方案执行对前后轴左右轮制动力的分配，不进行额外修正；针对其他的瞬态工况采用转速因子与方向盘转角速度相对值对前后轴左右轮制动力进行动态再分配与预判，从而在转向加剧时增加前后轴外侧轮制动力分配比例、在转向回正时削减前后轴外侧轮制动力分配比例、在紧急避障时将后轴内侧轮制动力分配比例限制为零，得到各车轮的目标制动力，并将所述目标制动力输出至制动器执行机构。

6、进一步地，步骤s2中，所述前后轴垂向载荷的具体计算公式为：

7、制动时前轴垂向载荷和后轴垂向载荷分别为：

8、

9、

10、其中：为整车质量，为质心到后轴的距离，为质心到前轴的距离，g为重力加速度，为质心高度，为前后轴距离；

11、前轴制动力占比为：；

12、后轴制动力占比为：。

13、进一步地，所述步骤s3中，预设方向盘转角第一阈值和转角第二阈值，且；根据与、的大小关系，将弯道形态划分为以下三大类状态并对应调整左右轮制动力分配比例：

14、当时，判定车辆处于近似直线行驶或大曲率半径平缓转弯状态，前轴外侧轮制动力分配比例，前轴内侧轮制动力分配比例，后轴外侧轮制动力分配比例，后轴内侧轮制动力分配比例；

15、当时，判定车辆进入中等曲率弯道状态，基于转角因子λ按线性规律调整左右轮制动力分配比例：

16、前轴外侧轮制动力分配比例；

17、前轴内侧轮制动力分配比例；

18、后轴外侧轮制动力分配比例；

19、后轴内侧轮制动力分配比例；

20、当时，判定车辆进入急转弯或极限转向状态，前轴外侧轮制动力分配比例，前轴内侧轮制动力分配比例，后，后轴内侧轮制动力分配比例；

21、其中，在极端急转弯条件下，后轴内侧轮制动力分配比例允许减小至零。

22、进一步地，所述转角第一阈值取值为180°，所述转角第二阈值取值为360°，所述转角因子λ取值为0.1。

23、进一步地，所述步骤s4中，预设方向盘转角速度第一阈值和转角速度第二阈值，且；根据与、的大小关系，以及的符号，将瞬态工况划分为稳态弯道、转向加剧、转向回正和紧急避障多种状态并采用转速因子与饱和函数进行动态再分配：

24、当时，判定车辆处于稳态弯道工况，直接依据步骤s3所得的各车轮初步制动力分配方案执行，不进行额外修正；此时前轴外侧轮制动力分配比例、后轴外侧轮制动力分配比例为：

25、

26、前轴内侧轮制动力分配比例、后轴内侧轮制动力分配比例为：

27、

28、当时，判定车辆处于转向加剧瞬态工况，基于转速因子和方向盘转角速度相对值增加前后轴外侧轮制动力分配比例；

29、前轴外侧轮制动力分配比例、后轴外侧轮制动力分配比例为：

30、

31、前轴内侧轮制动力分配比例、后轴内侧轮制动力分配比例为：

32、

33、其中，为饱和函数，定义为：

34、

35、其中、为常数且；

36、当时，判定车辆处于转向回正瞬态工况，基于转速因子和方向盘转角速度相对值对前后轴外侧轮制动力分配比例进行削减；

37、前轴外侧轮制动力分配比例、后轴外侧轮制动力分配比例为：

38、

39、前轴内侧轮制动力分配比例、后轴内侧轮制动力分配比例为：

40、

41、当时，判定车辆进入紧急避障瞬态极限工况，此时分以下两种情况：

42、若时，前轴外侧轮制动力分配比例为；前轴内侧轮制动力分配比例为：；后轴外侧轮制动力分配比例；后轴内侧轮制动力分配比例限制为零。

43、若时，前轴外侧轮制动力分配比例为，前轴内侧轮制动力分配比例为：；后轴外侧轮制动力分配比例；后轴内侧轮制动力分配比例限制为零。

44、进一步地，所述转角速度第一阈值，所述转角速度第二阈值；所述转速因子取值为0.2；所述常数取值范围为0.25～0.5，所述常数取值范围为0.75～1。

45、本技术还提供一种用于实现所述方法的变工况下无轨胶轮车制动力动态分配系统，包括：

46、速度传感器，用于测量车辆速度；

47、加速度传感器，用于测量车辆制动减速度；

48、角度传感器，用于测量方向盘转角；

49、角速度传感器，用于测量方向盘转角速度；

50、控制器，分别与所述速度传感器、所述加速度传感器、所述角度传感器和所述角速度传感器通信连接；

51、制动力计算分配模块，集成于所述控制器中，用于基于所述车辆速度、车辆制动减速度、方向盘转角和方向盘转角速度，通过分层决策确定各车轮的目标制动力，所述分层决策包括：基于车辆速度和制动减速度确定前后轴制动力分配比例，基于方向盘转角识别弯道形态以对前后轴制动力进行左右轮差异化分配，以及基于方向盘转角速度识别瞬态工况以对左右轮制动力进行动态再分配；

52、制动器执行机构，与所述控制器连接，用于根据所述制动力计算分配模块输出的各车轮目标制动力对各车轮实施制动控制。

53、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

54、1.本发明构造了一种分层次制动力分配决策过程，重新确定了车辆制动过程各个环节之间的关系。它将原本的制动控制过程分为三层：根据车辆速度和车辆制动减速度的变化分配前后轴制动力，跟据方向盘转角的变化确定左右轮的制动力分配，根据方向盘转角速度在上一层的基础上再一次分配左右轮的制动力。与传统多因素同步耦合控制方法相比，这种分层决策的方法有效减少了不同控制目标之间的相互影响，防止多个控制要求同时作用于同一执行量而导致的重复修正、补偿重叠和控制冲突等问题。

55、2.本发明将利用车辆速度和车辆制动减速度的变化对前后轴制动力分配作为第一层，根据车辆速度和车辆制动减速度的变化识别当前的制动工况，根据不同的制动工况确定前后轴制动力分配比例，得到前轴制动力与后轴制动力的基础分配方案。它有效避免了传统控制方法中过度干预弯道校正而削弱基本制动稳定性的情况，从根本上降低了车辆制动漂移、后轴抱死和姿态不稳定等风险。

56、3.本发明将利用方向盘转角变化分配前后轴的左右轮制动力作为第二层，方向盘转角的变化可以反映当前车辆的运动状态。这使得控制系统可以根据方向盘转角的变化对前轴制动力与后轴制动力的基础分配方案进行左右轮差异化分配，得到各车轮的初步制动力分配方案。与传统控制方法相比，这种分配左右轮的制动力的方法，可以确保车辆在不同的运动状态下能够保持必要的方向稳定性和可控性。

57、4.本发明将利用方向盘转角速度的变化对前后轴的左右轮制动力进行再分配作为第三层，方向盘转角速度的变化可以反映驾驶员转向操作的变化趋势和转向意图。这使得控制系统能够在垂向载荷转移完成之前，对各车轮的初步制动力分配方案进行动态再分配与预判，得到各车轮的目标制动力。与传统控制方法相比，这种方法有效避免了因垂向载荷回移不完全而导致内侧车轮的抱死现象，提高了车辆在高速转向、紧急避障和极限制动等复杂工况下的方向稳定性、转向安全性和制动力利用效率。